Текст книги "Метод определения энергоэффективности технологий и механизации горных работ по добыче полезных ископаемых открытым способом"

Автор книги: Юрий Анистратов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 8 страниц)

Энергозатраты при разработке вскрышного забоя зависит от применяемого оборудования.

В технологии разработки вскрыши драглайнами с переэкскавацией в выработанном пространстве, выделяются следующие участки кинематики перемещения породы (рис.18). Участок перемещения при подъеме породы до уровня стояния драглайна и участок перемещения из забоя в промежуточный отвал (1), участок перемещения при подъеме породы в результате черпания из промежуточного отвала и участок переэкскавации породы в основной отвал (2)

Рис. 18 Кинематическая схема перемещения пород вскрыши при технологии разработки перевалкой и переэкскавацией в выработанном пространстве.

При разработке горизонтального или пологопадающего пластолбразного месторождения с перевозкой вскрыши на внешние отвалы кинематическая схема перемещения пород вскрыши колесным транспортом состоит из участков от забоя вдоль фронта работ, затем по торцевой части карьера и по наклонной внешней траншеи.

При разработке слабонаклонного пластового месторождения, когда угол падения залежи превышает уклоны, преодолеваемые транспортом, кинематическая схема перемещения горной массы имеет более сложный вид. Перемещение пород вскрыши осуществляется от забоя вдоль фронта работ, далее по торцевой части карьера. В отвальной зоне траектория перемещения может состоять из нескольких участков. В простом случае это прямолинейное перемещение по отвалу. Но возможны более сложные траектории подобные тем, которые имеют место во вскрышной зоне карьера.

В общем случае для описания траектории перемещения вскрышных пород необходимо знание всех параметров трассы и технологических параметров карьера. В рабочей зоне карьера перемещение вдоль фронта работ, далее по транспортным коммуникациям вскрышного или добычного горизонта. Для выезда на участок перемещения по капитальной трассе необходимо преодолеть участки по наклонным съездам и по вышележащим горизонтам карьера, наклонной траншее и далее по поверхности до отвалов. На отвале возможны различные траектории перемещения, которые зависят от технологии отвалообразования.

При разработке нагорных месторождений траектория перемещения горных пород весьма зависит от горно-геологических условий. Технология разработки так же строго подчинена природным условиям. При этом возможны участки перемещения с одного горизонта на нижележащий горизонт по наклонным транспортным бермам. Траектория перемещения вдоль фронта работ, как правило, криволинейна.

Энергетическая оценка технологии вскрышных работ производится на 1 м подвигания вскрышного забоя при мощности пласта полезного ископаемого h, мощности вскрыши H, углы откоса добычного и вскрышного уступов соответственно и , угол откоса отвала , ширина заходки В, плотность породы . Вскрышное оборудование устанавливается на минимальном расстоянии до верхней бровки уступа с учетом бермы обрушения. Расстояние между нижней бровкой добычного уступа и нижней бровкой откоса отвала z.

Бестранспортная система разработки (А).

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши выработанное пространство механической лопатой с расположением на кровле пласта полезного ископаемого (А-1)

.

Перемещение породы осуществляется из забоя во внутренний отвал. При разработке забоя экскаватор экскавирует породу у подошвы вскрышного уступа и перемещает ковш на высоту hч (м) до полного его наполнения. Далее порода перемещается в отвал на расстояние L (м). При этом может происходить подъем породы относительно точки, где происходит полное наполнение ковша.

Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и затрат на перемещение породы в отвал. В соответствии с теоретической формулой энергозатраты на 1 м подвигания забоя составят

где Н – высота вскрышного уступа, м,

L – расстояние перемещения породы в отвал, м,

а – ускорение, м/с2.

,

где Δh = ho – (h + hч), м – высота подъема породы.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши выработанное пространство драглайном с расположением на кровле вскрышного уступа.

Энергозатраты совершается при подъеме породы по всей высоте вскрышного уступа h (м) и при перемещении породы из забоя в отвал на расстояние L (м). При перемещении возможен подъем породы относительно уровня стояния драглайна.

Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и энергозатрат на перемещение породы в отвал.

Угол определяется из соотношения , где Δh = ho – h, м.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство драглайном с расположением на промежуточном вскрышном горизонте.

Энергозатраты совершается при подъеме породы на нижней части вскрышного уступа hн (м) и при перемещении всей породы из забоя в отвал на расстояние L (м). При отработке верхней части вскрышного уступа порода перемещается вниз до уровня стояния драглайна. Объем породы, отрабатываемый при нижнем черпании, составляет часть от общего объема пород.

При перемещении возможен подъем породы относительно уровня стояния драглайна. Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и затрат на перемещение породы в отвал.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство механической лопатой с засыпкой части пласта полезного ископаемого и переэкскавацией вскрыши во внутреннем отвале драглайном (А-2).

В данной технологической схеме работа энергозатраты совершается при подъеме породы на высоту полного наполнения ковша экскаватора hч (м) и при перемещении породы из забоя в отвал на расстояние L1 (м), а так же при переэкскавации породы на перемещении L2 (м). При перемещении породы из забоя вскрышного уступа возможен подъем породы относительно уровня стояния драглайна.

Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и затрат на перемещение породы в отвал и на отвале.

где S – объем переэкскавации (на 1 м подвигания), м3.

Технологическая схема разработки с перевалкой вскрыши в ыработанное пространство драглайном с засыпкой части пласта полезного ископаемого и переэкскавацией вскрыши во внутреннем отвале.

Энергозатраты совершается при подъеме породы по всей высоте вскрышного уступа h (м) и при перемещении породы из забоя в отвал на расстояние L1 (м), а так же при переэкскавации породы на перемещении L2 (м). При перемещении породы из забоя вскрышного уступа возможен подъем породы относительно уровня стояния драглайна.

Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы в забое и затрат на перемещение породы в отвал и на отвале.

где S – объем переэкскавации (на 1 м подвигания), м3.

Технологическая схема разработки с перевалкой и переэкскавацией вскрыши одним драглайном расположенном на промежуточном отвале.

Энергозатраты совершается при подъеме породы по нижнему вскрышному подуступу на высоту hч (м), при перемещении породы из забоя в отвал на расстояние L1 (м) и L2 (м), а так же при переэкскавации породы из промежуточного отвала в основной на расстояние L3 (м). Энергозатраты при верхнем черпании не учитываются, так как при этом порода перемещается вниз. При перемещении породы из забоя вскрышного уступа возможен подъем породы относительно уровня стояния драглайна.

Энергозатраты суммируются из затрат на черпание породы на нижнем подуступе в забое, на перемещение из забоя в промежуточный и основной отвал, на перемещение породы в основной отвал из промежуточного отвала.

где L1 – расстояние перемещения породы объемом S1 из забоя в промежуточный отвал, м,

L2 – расстояние перемещение породы объемом S2 из забоя в основной отвал, м,

L3 – расстояние переэкскавации породы объемом S3 из промежуточного отвала в основной, м.

Транспорто-отвальная система разработки (Б)

Технологическая схема разработки, с перемещением вскрыши в выработанное пространство роторным экскаватором с консольным отвалообразователем (Б-3)..

В данной технологической схеме энергозатраты совершается при перемещении породы по транспортерным лентам роторного экскаватора на расстояние Lз и отвалообразователя на расстояние Lо (м).

Транспортная система разработки (Г)

Технологическая схема разработки с перевозкой вскрыши во внутренние отвалы (Г-5).

Технология разработки предусматривает отработку пород вскрыши многочерпаковыми экскаваторами с погрузкой в железнодорожный транспорт. Перемещение пород вскрыши осуществляется по фронту работ на расстояние Lф (м), по торцевой части карьера на расстояние Lт (м) и по отвалам на расстояние Lо (м).

Энергозатраты суммируется из затрат при подъеме пород с нижнего уступа на высоту hч (м) и затрат при перемещении пород в отвал на расстояния Lф, Lт, Lо.

Технологическая схема разработки с перевозкой вскрыши на внешние отвалы (Г – 6)

Энергозатраты в технологии разработки месторождения с перевозкой вскрыши на внешние отвалы в крепких породах состоят из затрат по процессам вскрышных технологических потоков: бурение взрывных скважин, взрывное дробления массива, экскавации, перемещения по транспортным коммуникациям и отвалообразования..

Энергозатраты при бурении (Дж/кг)

.

Энергозатраты при взрывном дроблении массива (Дж/кг)

Энергозатраты при механическом рыхлении массива (Дж/кг)

Энергозатраты при экскавации (Дж/кг)

Энергозатраты при транспортировании (Дж/кг)

.

Энергозатраты при бульдозерном отвалообразовании (Дж/кг)

Суммарные энергозатраты по добычному технологическому потоку

А = Аб + Ав.д. + Аэ + Ат +Ао.

В эти формулы входят следующие параметры:

– предел прочности горной породы при одноосном сжатии, Па,

В – ширина ковша выемочно-погрузочной машины, м;

– диаметр частиц продуктов разрушения при бурении, мм;

Е – модуль упругости, Па;

– плотность породы, т/м3; табл. 1,4;

h – высота уступа, м;

– глубина перебура, м,

– угол откоса уступа, градус;

с – расстояние первого ряда скважин от верхней бровки уступа, м;

а – расстояние между скважинами, м,

b – расстояние между рядами скважин, м,

– коэффициент динамичности;

– средний размер отдельностей в массиве, мм;

– коэффициент разрыхления горной массы в развале ;

hp – высота развала горной массы в забое, м;

kc – удельное сопротивление породы копанию, Н/м2 ;

– высота черпания экскаватора, м;

– коэффициент разрыхления горной массы в ковше;

– скорость перемещения горной массы к месту разгрузки, м/с;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

hразгр.– высота разгрузки горной породы от уровня стояния выемочно-погрузочной машины, м;

– средняя скорость перемещения горной массы в технологическом потоке, м/с;

– основное сопротивление движению транспорта, Н/кН;

L – расстояние перемещения горной массы в технологическом потоке, м;

H – высота подъема горной массы в процессе перемещения средствами транспорта в технологическом потоке (разность отметок пункта погрузки и пункта разгрузки горной массы), м.

f1 – динамический коэффициент трения породы о породу на отвале;

f2 = 0,4-0,6 – динамический коэффициент трения породы о металл;

i – уклон поверхности отвала в тысячных;

lo –расстояние перемещения породы на отвале, м.

Комбинированная система разработки (Д)

Технологическая схема комбинированной разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство мехлопатой и перевозкой вскрыши во внутренние отвалы железнодорожным транспортом

Энергозатраты суммируется из затрат на разработку с применением многочерпаковых экскаваторов с перевозкой породы железнодорожным транспортом и затрат на перевалку механической лопатой.

Сравнительный анализ технологий вскрышных работ показал, что энергозатраты перевалки и перемещения вскрыши в выработанное пространство на много меньше перевозки вскрыши во внутренние и тем более во внешние отвалы (рис.19).

Рис.19 Расчётные схемы энергозатрат вскрышных работ на карьерах

При разработке горизонтальных пластовых месторождений наименьшие энергозатраты достигаются при использовании технологических схем с перевалкой вскрыши в выработанное пространство с засыпкой части пласта полезного ископаемого и переэкскавацией вскрыши во внутреннем отвале (схемы 1. 2).

В следующих технологических схемах энергозатраты увеличиваются в следующей последовательности:

с простой перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на нижней, верхней площадках или на промежуточных вскрышных горизонтах (схемы 3, 4, 5),

с перемещением пород вскрыши в отвал консольными отвалообразователями при разработке уступов роторными экскаваторами (схема 6), а также перевалкой и переэкскавацией одним драглайном, расположенным на промежуточном отвале при разработке горизонтальных месторождений (схема 7).

Технологические схемы с перевозкой пород вскрыши во внутренние или внешние отвалы средствами транспортирования по величине энергозатрат намного превосходят технологические схемы с простой или многократной перевалкой, поскольку энергозатраты прямо пропорциональны расстоянию перемещения пород от забоя до отвала.

Графически увеличение энергозатрат в зависимости от технологических параметров представлено на рис.20.

В технологических схемах разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на нижней площадке вскрышного уступа энергозатраты растут с увеличением высоты добычного и вскрышного уступа.

Аналогичная закономерность наблюдается:

в технологических схемах разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство, с расположением вскрышного оборудования на промежуточном вскрышном горизонте с увеличением высоты нижнего подуступа,

Рис 20 Зависимости энергозатрат во вскрышных работах от параметров технологии.

в технологических схемах разработки с перевалкой вскрыши в выработанное пространство с засыпкой части пласта полезного ископаемого и переэкскавацией во внутреннем отвале (рис.17 г и д), а также в схемах с перевалкой и переэкскавацией вскрыши одним драглайном, расположенном на промежуточном отвале (рис, 17 е) с увеличением высоты вскрышного уступа.

2.5 Энергетическая оценка технологии добычных работ

Энергетическим показателем оценки технологии добычных работ, т.е. части системы разработки, являться совершаемая работа в технологических процессах по добыче полезного ископаемого.

Количественно эта работа, выражаемая в энергозатратах при разработке полезного ископаемого, зависит от его свойств, применяемого оборудования и параметров трассы перемещения.

Трасса пути полезного ископаемого включает перемещение вдоль фронта работ в рабочей зоне карьера, далее по транспортным коммуникациям наклонных вскрывающих выработок и по участку на поверхности от карьера до пункта приёма груза.

При разработке нагорных месторождений трасса перемещения полезного ископаемого зависит от горно-геологических и топографических условий. По рабочему горизонту трасса горизонтальная, далее в карьере по вскрывающим выработкам с уклоном или вертикальная.

Расчёт удельных энергозатрат производится зависимостям, изложенном выше. Они представляют сумму энергозатрат по процессам добычных технологических потоков: в крепких породах: бурение взрывных скважин, взрывное дробления массива, экскавации, перемещения по транспортным коммуникациям.

В процессе переработки энергопоглощение зависит от вида полезного ископаемого и его назначения.

Теоретические и фактические энергозатраты на обогатительной фабрике значительно больше чем в карьере.

Оптимизация затрат энергии на производство горных работ производится выбором комплексной механизации и технологии производственных процессов добычных работ в карьере. Это влияет на затраты на обогатительной фабрике и позволяет минимизировать общие затраты на производство продукции карьера.

Исследования в области оптимизации затрат по технологическим процессам от добычного забоя до процесса обогащения с целью снижения общих затрат показывает эффективность увеличения степени дробления полезного ископаемого в забое карьера (рис.21), что позволяет снизить затраты на экскавацию (табл.7.) при некотором увеличении затрат на процесс подготовки горных пород к выемке (табл.7.8,9).

Рис. 21 Зависимость энергопоглощения (а) и энергоёмкости (б)

от степени дробления горной массы

Таблица 7

Зависимость производительности экскаватора от степени дробления горной массы

Средний размер куска, м

Удельное сопротивление пород копанию, МПа

Планируемая производительность экскаватора, м3/ч

Удельное энергопоглощение,

МДж/м3

Удельная энергоемкость, МДж/м3

0,15

0,12

660

0,44

0,92

0,20

0.13

635

0,45

1,10

0,24

0,15

590

0,49

1,42

0,30

0,16

540

0,51

2,12

0,40

0,23

415

0,64

3,95

Таблица 8

Энергозатраты на взрывное дробление пород

Метод расчета

Показатели

Значение

На основе теоретических зависимостей

Степень дробления пород

Средний размер куска породы после взрыва, м

1,5

0,40

2,0

0,30

2,5

0,24

3,0

0,20

4,0

0,15

Энергопоглощение, МДж/м3

Удельный расход ВВ, кг/м3

0,018

0,11

0,020

0,12

0,022

0,13

0,023

0,14

0,025

0,17

На основе эмпирических зависимостей

Энергоемкость, МДж/м3

Удельный расход ВВ, кг/м3

0,78

0,39

1,04

0,52

1,22

0,61

1,38

0,69

1,62

0,81

Таблица 9

Энергозатраты на буровзрывные работы

Средний размер куска,м

Удельные энергозатраты, МДж/м3

Взрывные работы

Буровые работы

Буровзрывные работы

Энергопоглощение

Энергоемкоесть

Энергопоглощение

Энергоемкость

Энергопоглощение

Энергоемкость

0,15

0,025

1,62

0,051

0,243

0,076

1,863

0,20

0,023

1,38

0,042

0,207

0,065

1,587

0,24

0,022

1,22

0,039

0,183

0,061

1,405

0,30

0,020

1,04

0,036

0,156

0,056

1,196

0,40

0,01 8

0,78

0,033

0,117

0.051

0,897

Минимизация экономических затрат по всему добычному технологическому потоку должна учитывать стоимость видов энергии, которая используется в технологических процессах. Соотношение средней стоимости 1 МДж используемой энергии в карьере следующее: электрическая – 1, тепловая (дизельное топливо) – 2,13, химическая (заводское взрывчатое вещество) – 53,8.

Примеры добычных технологических потоков на Вяземском щебёночном карьере и железорудном карьере Робертс представлены на рис.22, 23.

Рис.22 Добычной технологический поток на Вяземском щебёночном карьере.

Рис.23 Добычной технологический поток на железорудном карьере «Робертс»

3.5 Энергетическая оценка вскрытия горизонтальных и пологих пластовых месторождений

Если рассматривать системы разработки месторождений открытым способом с учетом кинематики перемещения вскрыши и, одновременно, полезного ископаемого, то получается более сложная картина, которая показывает, что кинематика вскрышного технологического потока существенно зависит от кинематики технологического потока полезного ископаемого, а следовательно вскрытия месторождения. Например, для обеспечения независимости работы добычного и вскрышного экскаваторов по фронту работ, приходится увеличивать величину вскрытых запасов, то есть расстояние от забоя вскрышного уступа до отвала. При этом возникает необходимость перегона вскрышного оборудования холостым ходом по фронту работ или, в некоторых схемах, простоев на флангах добычного оборудования. Это, естественно, снижает эффективность системы разработки.

Энергетическая оценка технологии разработки с учётом способа вскрытия карьерного поля даёт количественный результат для каждого варианта проектного решения. По результатам можно оценить эффективность технологии разработки месторождения в целом.

Методом предусматривается рассматривать технологические схемы разработки горизонтальных и пологих месторождений с различным количеством вскрышных траншей и следующей механизацией.

1. На вскрыше – драглайн, расположенный на кровле вскрышного уступа. Разработка полезного ископаемого осуществляется механической лопатой с погрузкой в автосамосвалы, расположенной на подошве добычного уступа.

Разработка с одной фланговой вскрышной траншеей (Рис. 24).

Рис.24. Технологическая схема разработки месторождения со вскрытием карьерного поля одной фланговой траншеей.

Вскрышной экскаватор идет первым, освобождая фронт работ для добычного экскаватора, который следует за вскрышным экскаватором. Движение транспорта происходит от капитальной траншеи в добычной забой для обеспечения организации добычного транспортного потока. При достижении торца карьера вскрышной и добычной экскаваторы перегоняются холостым ходом к противоположному торцу карьера, где вскрышной экскаватор врезается в новую заходку. После формирования необходимого опережения вскрышного экскаватора перед добычным, в новую заходку врезается добычной экскаватор. Энергоёмкость горных работ при этой схеме вскрытия минимальна. Недостатком способа вскрытия одной фланговой траншеи является необходимость простоев карьера при перегонах оборудования.

Разработка с двумя фланговыми вскрышными траншеями (Рис. 25)

Рис.25. Технологическая схема разработки месторождения со вскрытием карьерного поля двумя фланговыми траншеями.

Отличие этой технологии разработки от вышеизложенной заключается в том, что здесь отсутствуют холостые перегоны экскаваторов. Разработка месторождения возможна при движении экскаваторов в обоих направлениях.

Энергоёмкость технологических схем с вскрытием карьерного поля двумя фланговыми траншеями равна энергоемкости разработки применением одной фланговой траншеи.

При установке вскрышного оборудования в этой схеме впереди добычного экскаватора длина транспортирования такая же, как и при вскрытии карьерного поля одной фланговой траншеей, поскольку добычной экскаватор следует за вскрышным по всей длине фронта работ и транспортирование полезного ископаемого возможно только в одном направлении.

Сокращение величины энергоемкости при вскрытии двумя фланговыми траншеями возможно при использовании такой расстановки вскрышного и добычного оборудования, когда вскрышные и добычные работы ведутся в разных участках фронта работ. Например, вскрышные работы ведутся от центра к флангу карьера, а добычные работы – от центра к противоположному флангу.

Разработка с тремя вскрышными траншеями (две фланговые и центральная) (Рис.26).

Рис.26 Технологическая схема разработки месторождения со вскрытием карьерного поля тремя траншеями.

В данной технологической схеме происходит усложнение вскрышных работ. Центральная часть карьера должна быть высвобождена от вскрышной породы, переваливаемой в отвал. Для размещения породы в отвале необходимо создать дополнительное отвальное пространство на боковых частях отвала, прилегающего непосредственно к центральной вскрышной траншеи. Этого можно достигнуть, применяя на вскрыше оборудование с увеличенными технологическими параметрами. Транспортирование полезного ископаемого осуществляется по кратчайшему пути.

Энергоемкость этой схемы существенно зависит от длины транспортирования. Сокращение пути транспортирования за счет увеличения количества вскрышных траншей и применения различных способов расстановки горного оборудования по фронту работ уменьшает суммарную энергоемкость разработки.

2. На вскрыше роторный экскаватор с отвалообразователем. Разработка полезного ископаемого осуществляется механической лопатой с погрузкой в автосамосвалы, с дорогой расположенной на подошве добычного уступа.

Разработка с двумя фланговыми вскрышными траншеями (рис.27 ).

Рис.27 Технологическая схема разработки месторождения роторным комплексом со вскрытием карьерного поля двумя фланговыми траншеями.

По энергоемкости эта технология и схема вскрытия не имеет преимуществ перед вскрытием карьерного поля одной фланговой траншеей. Для обеспечения независимости работы вскрышного и добычного оборудования создаётся запас вскрытого полезного ископаемого на величину ширины одной заходки.

Разработка с одной центральной вскрышной траншеей (рис.28).

Рис.28 Технологическая схема разработки месторождения со вскрытием карьерного поля одной центральной траншеей

Отработка вскрыши осуществляется от центра к флангам карьера. Вскрышные и добычные работы ведутся в разных частях карьера, что обеспечивает независимость добычных работ. Энергоёмкость этой схемы разработки и вскрытия карьерного поля меньше, чем описанные выше, но необходимость иметь в выработанном пространстве карьера среди отвалов вскрышных пород траншею создают трудности в её поддержании в рабочем состоянии и, следовательно, уменьшает эффект от снижения затрат энергии на разработку.

Исходными данными для расчета энергоемкости вскрытия карьерного поля служат:

природные условия месторождения;

мощность вскрыши и пласта полезного ископаемого;

объемы вскрышных пород и полезного ископаемого;

плотность вскрышных пород и полезного ископаемого;

удельное сопротивление пород копанию.

В конкретных условиях при проектировании нового карьера или его реконструкции оценка вскрытия карьерного поля месторождения энергетическим методом производится в следующем порядке.

1. Конструируются технологические схемы для возможных вариантов комплексной механизации вскрышных и добычных работ в профиле и плане.

2. Определяются возможные варианты вскрытия карьерного поля и устанавливаются кинематические схемы перемещения вскрышных пород и полезного ископаемого.

3. Производится оценка вариантов технологических схем по величине энергозатрат.

4. Для схемы с минимальным значением энергозатрат определяется типоразмер горного и транспортного оборудования.

4.5 Энергетическая оценка вскрытия наклонных и крутопадающих месторождений

Исследования современных энергозатрат в технологических процессах показывают, что из общего расхода электроэнергии по карьеру электропотребление железнодорожным транспортом составляет 34,5-79,3 %, буровзрывными работами 1,8-17,6 %, экскавацией 15,0-25,2 %, вспомогательными работами 2,2-15,2 %.

Фактический удельный расход электроэнергии на крупных карьерах с железнодорожным транспортом составляет 1,6-2,9 кВт∙ ч /т и 0,17-2.5 кВт∙ ч/ткм.

В целом затраты на транспорт горной массы в карьерах составляют от 50 до 90 % общих затрат на добычу полезного ископаемого открытым способом.

Вместе с факторами технологии и механизации горных работ энергетическая оценка транспортных систем является основанием для принятия решения по вскрытию месторождения при открытой разработке полезных ископаемых.

Энергетическая оценка дополняет денежную. Денежная оценка дает основание для выработки производственной тактики, энергетический анализ – для выработки стратегии вскрытия эксплуатационного пространства карьера.

Оценка вскрытия эксплуатационного пространства карьерного поля по энергетической теории заключается в определении энергозатрат транспорта горной массы по системам вскрывающих выработок в эксплуатационный период. Она определяется с учётом параметров транспорта, трассы, свойств вскрышных пород и полезного ископаемого.

Энергетический анализ карьерного транспорта многих исследователей позволяет оценить совершенство существующих транспортных систем на карьерах, область применения различных видов транспортных средств и их сочетание, пути их совершенствования и в целом транспортных систем, а в результате – систему вскрытия карьеров.

Исследования, выполненные д.т.н. Ю. И. Лелем и к.т.н. Е. Ю Терёхиным. в области энергоёмкости транспортных систем на карьерах по удельному расходу условного топлива, показали, что расход энергии является универсальным показателем, определяющим эффективность транспорта горной массы на карьерах.

Критерий «удельные затраты условного топлива» представляет собой подъем 1 т горной массы из карьера с расходом дизельного топлива и электроэнергии, приведенные к условному топливу (у.т.).

Удельная энергоёмкость в условном топливе (кг у.т./т равен 0,03 МДж/т или кг у.т./кг равен 30 Дж/кг) технологических процессов при открытой разработке месторождений полезных ископаемых составляет: на перевозку автомобильно-конвейерным транспортом 47,1-76,8%, сборочным автотранспортом до перегрузочного пункта 21,8-27,3%, железнодорожным транспортом 42,8-53,3%, на бурение взрывных скважин 1,7-5,9%, экскавацию 7,7-13,6%, экскаваторную погрузку на перегрузочном пункте 7,8-10,0%, отвалообразование 5,4-8,6%

Сопоставление энергетической эффективности различных видов транспорта по фактическим данным железорудных карьеров приведено в табл.10.

Таблица 10

Энергетическая эффективность карьерного транспорта

Вид транспорта

Показатель

Удельная энергоёмкость

г/тм

кВт∙ч/тм

г у.т./тм

Автомобильный

2,3-2,8

–

4,4-5,2

Железнодорожный

–

0,010-0,12

3,6-4,4

Конвейерный

–

0,005-0,008

1,7-2,8

Энергетические показатели различных видов транспорта при работе на гоизонтальных трассах составляют в условных единицах:

автотранспорт 95 – 130 г у.т./ткм,

ж.-д. транспорт 34 – 45 г у.т./ткм,

конвейерный транспорт 57 – 70 г у.т./ткм.

В глубоких карьерах энергетическая эффективность конвейерного транспорта в 1,9-2,2 раза выше, чем электрифицированного железнодорожного и в 2,4-3,0 раза выше, чем автомобильного.

Анализ энергозатрат транспорта горной массы на карьерах позволяет сделать выводы эффективности комбинированного транспорта, совершенствования параметров трассы грузопотоков, сокращения расстояния перевозки в грузопотоке и конструктивного совершенствования средств транспорта, определяющих способы вскрытия карьеров.

Формирование комбинированных транспортных систем повышает их эффективность и поддержание объемов сборочных автоперевозок на минимальном, технологически необходимом уровне.

Этот вывод подтверждает эффективность отработки месторождений по глубине этапами, при которой:

на первом этапе эффективен один вид транспорта,

на втором – комбинированный с использованием в качестве магистрального железнодорожный или конвейерный транспорт, а сборочного – автомобильный,

на третьем – в качестве магистрального транспорт по подземным горным выработкам (конвейерный или грузоподъёмный), а сборочного – автомобильный (Рис.29).

Рис.29 Разделение карьерного поля на этапы отработки по принципу эффективности вскрытия рабочей зоны

Оптимальный продольный уклон трасс по энергетическому критерию для отдельных видов транспорта и конкретных моделей транспортных средств рассматривается как частный оптимум и нижний предел уклона. Он определяется топливной экономичностью, конструктивными параметрами транспортных средств, качеством дорожного покрытия.

Окончательное решение по руководящим уклонам трасс принимается на основе энергозатрат всей транспортной системы.

На глубоких карьерах эффективно повышение уклонов трасс, в первую очередь магистральных видов транспорта (железнодорожного или конвейерного) в комбинированных транспортных системах с автомобильным транспортом в качестве сборочного звена. В этом случае энергозатраты на магистральный транспорт увеличиваются на 10-12 %, но сокращаются энергозатраты транспортной системы в целом за счет сокращения разноса бортов карьера и ограничения зоны работы наиболее энергоемкого сборочного автотранспорта.